汽车水性金属闪光漆的研究及发展

data-full-width-responsive="true"> 随着人们对汽车外观提出越来越高的要求,汽车涂料工业也迅速发展,不断开发出新的品种。其中的金属闪光漆因为具有特殊的金属光泽而受到欢迎。现在,金属闪光漆作为汽车面漆使用量逐年上升,与本色漆大体各占1 /2。然而,由于优异的装饰效果所采用的金属漆只能在很低的固体含量下施工,释放VOC (挥发性有机化合物) 居各涂层之最。传统的溶剂型金属闪光涂料中含有80%左右的VOC,会在涂装过程中排放到大气中,造成光化学烟雾等严重的环境污染。为此,欧美等汽车工业发达的国家相继出台了许多环保法规来约束在涂装过程中的VOC 的排放。因此,水性金属闪光漆在汽车制造和修复市场中获得了广泛的认可[ 1、2 ] 。1 水性金属闪光漆闪光效应的基本原理[ 1 , 3, 4 ]　　水性金属闪光底漆之所以具有非凡的装饰效果,是因为该类涂料中加入了金属铝粉或珠光粉等效应颜料。这种效应颜料在涂膜中定向排列,光线照过来后通过各种有规律的反射、透射或干涉,最后人们就会看到有金属光泽的、随角异色的闪光效果。光线照射到涂层表面的反射情况可用图1、图2、图3 来表示:如图所示, 光线穿过涂层, 照射到普通的颜料上时, 光线发生漫反射而产生单一色调的效果; 照射到金属片状颜料上时, 光线发生平行反射而产生金属光泽效果; 当照射到珠光颜料上时, 除普通金属片状颜料的平行反射外, 还有透射、折射和干涉等作用, 因而从不同角度看珠光颜料时呈现出不同的闪色效应(随角度异色效应) 。目前主要使用的随角异色效应颜料有片状金属颜料(以铝粉为主)和珠光颜料(云母钛和云母氧化物) 。绝大多数具有光学效应的颜料为片状结构,这类片状结构的颜料在涂膜中的排列对于随角异色(或称为闪光)效果影响很大。由于片状铝粉或珠光颜料的无规排列,光线照射在这些颜料上,只有漫反射,没有任何光学效果。但生产和应用过程中,可以调整配方和工艺以使得这些片状颜料的有规取向(平行于表面或底材) ,入射光在其表面呈现定向反射,结果造成在某一观察角(即反射角)处光强度最大,而在其他观察角处光强度均很弱, 造成强烈的光学效果。即在同入射光角度下, 随观察者视角的变化,涂膜的明度发生强烈变化。如图4。图4 　水性涂料的金属闪光作用2 水性金属闪光漆2 1　水性金属闪光漆的特性(1)有效减少环境污染　水作为一种可再生、无毒的溶剂,在涂料行业的应用越来越广,世界范围内水溶性涂料的百分比也越来越高。传统的低固体分溶剂型金属闪光漆的VOC市放量为236 g/m2 工件,而水性金属闪光漆的VOC仅为13 g/m2 工件, VOC削减潜力巨大[ 5、6 ] 。但迄今为止,水性涂料一般仍含有2%～15% 的有机溶剂, 施工时对环境仍有一定程度的污染。开发无挥发性有机溶剂的水性涂料成为涂料厂商未来的主要课题[ 7 ] 。(2)有利于铝粉的定向[ 1, 8 ] 　水性金属闪光涂料的基体树脂本身具有较高的假稠性,可以做到比溶剂型更低的固体含量,有利于铝粉定向,取得更好的平行排列,比溶剂型涂料具有更好的金属效应。2 2　水性金属闪光漆的组成及用途目前常用的水性金属闪光漆大体有以下一部分组成:挥发性的含有机溶剂的水性介质、分散于水性介质中的内部交联微粒子聚合物、水性交联剂和分散于水性介质中的金属颜料或似金属颜料或无机颜料或有机颜料。(1)水性丙烯酸树脂[ 9 ] 　丙烯酸树脂是丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯单体为主要成分的聚合树脂,由于丙烯酸树脂具有突出的保光保色性,而且与醇酸树脂或聚酯比,有以下不同点: 干燥性良好;涂料的黏度低;涂膜外观平滑性高;树脂的透明度(作为罩光漆)高;涂料的网状结构致密(官能团分布在侧链,而非如聚酯一样只分布在两头) 。作为水性金属闪光漆的主要成分,丙烯酸树脂在140℃下烘烤30 min左右(保持)就能固化干燥,黏度低,涂装后涂膜收缩,色泽鲜艳且透明感好。因体积收缩大,有利于金属闪光色涂装时平行排列铝粉的作用。而且平滑性良好,鲜映性(外观装饰性)良好,耐候性优良。水性金属闪光漆的基料若为丙烯酸树脂,最好是可以交联成膜,自交联或外加交联剂通过热固化(2K体系)可交联丙烯酸树脂,可以通过前述溶液聚合或乳液聚合。溶液聚合时,用醇溶剂作为分散介质,直接转入水相,也可以用芳香族溶剂或酮类溶剂等水不溶性溶剂,通过真空脱去溶剂,再转入水相,转入水相时,引入胺中和主链中的羧基溶解或分散聚合物于水中,这些阴离子稳定体系的pH 值最好在7 5 ～8 0之间;乳液聚合时可直接分散,也可以胺调节pH值至上述范围。(2)水性氨基树脂[ 11 ] 　水性氨基树脂作为交联剂添加到水性金属闪光漆中。水性氨基树脂与水性树脂中的羟基发生交联反应,使得漆膜固化。交联剂的用量决定着漆膜固化程度,也就是决定着漆膜的最终性能,用量太少,交联程度低,漆膜软,硬度差,各项耐性都差,用量过高,交联程度很高,漆膜硬度很好,耐性也好,但是漆膜脆,柔韧性差,附着力不好。必须选择一个最佳交联剂的用量,使漆膜具有最平衡的性能。(3)水性铝粉[ 1, 9, 12 ] 　金属闪光底漆之所以具有非凡的装饰效果,是因为该类涂料中加入了金属铝粉或珠光粉等效应颜料。这种效应颜料在涂膜中定向排列,光线照过来后通过各种有规律的反射、透射或干涉,最后人们就会看到有金属光泽的、随角异色的闪光效果。但是水性铝粉和闪光颜料并不是简单的添加到涂料中即可,它对操作和涂料组成和添加剂的要求很高。(4)助剂[ 10、11 ] 　助剂虽然不是涂料的主要成分,但对涂料的性能和外观会产生一定的影响。如果配制得当,可提高涂料的性能,改善漆膜的外观。常选用的助剂有:流平剂、消泡剂、分散剂等,一般总的添加量为1%～10%。